Kunststoff-3D-Druck Kunststoffe additiv gefertigter Produkte im Kreislauf halten

Das Projekt „MonoMat“ der Universität Bayreuth will mit Hilfe der additiven Fertigung Leichtbauprodukte für die Bereiche Medizin, Sport und Lifestyle in hoher Qualität aus einem einzigen Material hergestellen. Der verwendete Kunststoff soll dabei wiederholt recycelt und in verschiedenen Produktklassen neu eingesetzt werden.

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Das Konzept der kaskadierten Recycling-Zyklen sieht eine Wiederverwendung der eingesetzten Kunststoffe sowohl in denselben Verfahren und Anwendungen als auch in neuen, weniger anspruchsvollen Fertigungsverfahren und Produkten vor.
Das Konzept der kaskadierten Recycling-Zyklen sieht eine Wiederverwendung der eingesetzten Kunststoffe sowohl in denselben Verfahren und Anwendungen als auch in neuen, weniger anspruchsvollen Fertigungsverfahren und Produkten vor.
(Bild: UBT / Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD)

Mittels additiver Fertigung lassen sich qualitativ hochwertige Alltagsprodukte, die teilweise sehr komplexe Funktionen erfüllen, aus einem einzigen Material in einer kurzen Prozesskette fertigen. Der Material- und Energieverbrauch ist dadurch erheblich niedriger als bei Produkten, die mit herkömmlichen Verfahren aus verschiedenen Materialien und in entsprechend umfangreichen Prozessen hergestellt werden. Jedoch ist das Recycling zu neuen Ausgangsstoffen für den 3D-Druck noch ungelöst.

Hier setzt das Projekt „MonoMat“ an. Nach Angaben der Universität Bayreuth besteht das Ziel im möglichst vollständigen und wiederholten Recycling der in den additiven Fertigungsverfahren verwendeten Materialien, so dass sie Teil einer branchenübergreifenden ökologischen Kreislaufwirtschaft werden. Die Wissenschaftler der Lehrstühle Konstruktionslehre und CAD, Umweltgerechte Produktionstechnik und Biomechanik konzentrieren sich dabei auf die Materialklasse der Polymere und ihre Anwendungen in der Medizin, im Sport und im Lifestyle.

Kaskadenmodell zeigt den Kreislauf der Kunststoffe

Für das Design, die Produktion und das Recycling solcher Produkte haben die Bayreuther Wissenschaftler ein Kaskadenmodell konzipiert, das Medizin, Sport und Lifestyle miteinander verzahnt und dabei die additiven Verfahren High Speed Sintering (HSS), Laser Sintering (LS), Extrusion Additive Manufacturing (EAM) sowie das konventionelle Spritzgießen verknüpft.

Wie die Uni Bayreuth mitteilt, steht am Anfang des Kaskadenmodells die Additive Fertigung von Produkten, die für individualisierte Anwendungen in der Medizin eine herausragende Qualität aufweisen müssen. Dabei kommen die Sinterverfahren HSS und LS zum Einsatz. Sind die Produkte nicht länger verwendbar, soll das Material recycelt werden: Je nachdem, in welchem Zustand es sich befindet, wird es erneut zu Medizinprodukten verarbeitet, oder es findet Anwendung im Sport oder im Lifestyle – also in Bereichen, in denen qualitative Anforderungen an Materialeigenschaften leichter erfüllbar sind. Auch für die Materialextrusion (EAM) steht das recycelte Material zur Verfügung, heißt es weiter. Bei diesem Verfahren könne der Kunststoff so oft wiederverwendet werden, bis er sich letztlich abgenutzt hat. Danach stehe er für das Spritzgießen in der Massenproduktion zur Verfügung.

Eingesparte Treibhausgas-Emissionen berechnen

Leichtbau-Demonstratoren, die als konkrete Anwendungen aus dem Kaskadenmodell hervorgehen, sollen die Möglichkeiten und Grenzen dieses neuen Ansatzes ausloten. Darüber hinaus sollen die Treibhausgas-Emissionen berechnet werden, die durch die Anwendung des Kaskadenmodells eingespart werden können. Für diese Prognose wollen die Bayreuther Wissenschaftler eine Methode anwenden, die nicht nur die jeweiligen Materialien und Produktionsprozesse, sondern auch das Recycling und ökologische Auswirkungen wie Nebenprodukte und Abfälle in Betracht zieht. Auf diese Weise soll das Projekt zeigen, welchen konkreten Nutzen die Kombination aus Leichtbau und Additiver Fertigung für den Klimaschutz haben kann.

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